電力電子技術(shù)期末考試答案題庫及答案2025武昌工學(xué)院一、選擇題1.電力電子器件一般工作在（）狀態(tài)。A.放大B.開關(guān)C.截止D.飽和答案：B。電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)可以降低自身損耗，提高效率，便于對電能進(jìn)行有效的變換和控制。比如在直流-直流斬波電路中，通過控制電力電子器件的導(dǎo)通和關(guān)斷來改變輸出電壓的大小。2.下列電力電子器件中，屬于全控型器件的是（）。A.晶閘管B.電力二極管C.IGBTD.雙向晶閘管答案：C。全控型器件可以通過控制極信號控制其導(dǎo)通和關(guān)斷。IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、通態(tài)壓降小等優(yōu)點，能方便地實現(xiàn)全控功能。而晶閘管和雙向晶閘管屬于半控型器件，電力二極管是不可控器件。3.單相半波可控整流電路帶電阻性負(fù)載時，晶閘管的導(dǎo)通角α的變化范圍是（）。A.0°～90°B.0°～120°C.0°～150°D.0°～180°答案：D。在單相半波可控整流電路帶電阻性負(fù)載時，觸發(fā)延遲角α從0°到180°變化，導(dǎo)通角θ=180°-α，所以α的變化范圍是0°～180°。當(dāng)α=0°時，晶閘管在電源電壓正半周一開始就導(dǎo)通；當(dāng)α=180°時，晶閘管始終不導(dǎo)通。4.三相半波可控整流電路帶電阻性負(fù)載時，當(dāng)觸發(fā)延遲角α＞30°時，輸出電壓波形（）。A.連續(xù)B.出現(xiàn)斷續(xù)C.不變D.不確定答案：B。三相半波可控整流電路帶電阻性負(fù)載時，當(dāng)α≤30°時，輸出電壓波形是連續(xù)的；當(dāng)α＞30°時，由于自然換相點之后晶閘管承受反向電壓，會出現(xiàn)輸出電壓波形斷續(xù)的情況。5.升壓斬波電路中，已知電源電壓Ud=10V，導(dǎo)通比α=0.6，則輸出電壓Uo為（）。A.25VB.16.67VC.4VD.6V答案：A。升壓斬波電路的輸出電壓公式為\(U_{o}=\frac{1}{1-\alpha}U_lrdzvrv\)，將\(U_trdhvdf=10V\)，\(\alpha=0.6\)代入可得\(U_{o}=\frac{1}{1-0.6}\times10=25V\)。二、判斷題1.電力電子技術(shù)是一門利用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的學(xué)科。（）答案：正確。電力電子技術(shù)的核心就是通過電力電子器件實現(xiàn)電能在不同形式之間的轉(zhuǎn)換，如交-直、直-交、交-交、直-直變換等，以及對電能的各種參數(shù)進(jìn)行控制，滿足不同用電設(shè)備的需求。2.晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極就失去控制作用。（）答案：正確。晶閘管導(dǎo)通后，只要陽極電流大于維持電流，即使去掉控制極信號，晶閘管仍能保持導(dǎo)通狀態(tài)，控制極就不再具有控制其導(dǎo)通的作用，只有當(dāng)陽極電流小于維持電流或陽極加反向電壓時，晶閘管才會關(guān)斷。3.單相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載時，輸出電壓的平均值與觸發(fā)延遲角α無關(guān)。（）答案：錯誤。單相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載時，輸出電壓平均值\(U_llznjdb=0.9U_{2}\frac{1+\cos\alpha}{2}\)，其中\(zhòng)(U_{2}\)是輸入交流電壓有效值，α是觸發(fā)延遲角，可見輸出電壓平均值與觸發(fā)延遲角α有關(guān)。4.逆變是把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能的過程。（）答案：正確。逆變分為有源逆變和無源逆變，有源逆變是將直流電逆變成與電網(wǎng)同頻率的交流電并回饋到電網(wǎng)；無源逆變是將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流電供給負(fù)載。5.斬波電路只能實現(xiàn)降低輸出電壓的功能。（）答案：錯誤。斬波電路有降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路等多種類型。降壓斬波電路可以降低輸出電壓，升壓斬波電路可以升高輸出電壓，升降壓斬波電路則可以根據(jù)控制實現(xiàn)輸出電壓的升高或降低。三、簡答題1.簡述電力電子器件的分類及特點。電力電子器件按可控性可分為以下三類：-不可控器件：以電力二極管為代表。其特點是只有兩個端子，陽極和陰極，導(dǎo)通和關(guān)斷完全由其兩端的電壓決定，不能通過控制信號來控制其導(dǎo)通和關(guān)斷，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，成本低，常用于整流電路等。-半控型器件：以晶閘管為代表。它有三個端子，陽極、陰極和控制極。通過在控制極施加觸發(fā)脈沖可以使其導(dǎo)通，但一旦導(dǎo)通后，控制極就失去控制作用，只能通過使陽極電流小于維持電流或給陽極加反向電壓來使其關(guān)斷，常用于可控整流等電路。-全控型器件：如IGBT、電力MOSFET等。這類器件有三個或更多端子，能通過控制極信號方便地控制其導(dǎo)通和關(guān)斷，控制靈活，開關(guān)速度快，適用于對開關(guān)頻率和控制精度要求較高的場合，如PWM逆變電路等。2.說明單相半波可控整流電路帶電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載時的區(qū)別。-輸出電壓波形：帶電阻性負(fù)載時，輸出電壓波形與晶閘管導(dǎo)通情況直接相關(guān)，在晶閘管導(dǎo)通期間，輸出電壓等于電源電壓，導(dǎo)通角θ=180°-α，波形可能連續(xù)（α=0°時）或斷續(xù)（α＞0°時）；帶電感性負(fù)載時，由于電感的儲能作用，當(dāng)電源電壓過零變負(fù)時，電感中的電流不能突變，會使晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，直到電感中的能量釋放完，輸出電壓可能出現(xiàn)負(fù)的部分，波形相對復(fù)雜。-電流情況：帶電阻性負(fù)載時，電流波形與電壓波形相似，相位相同；帶電感性負(fù)載時，電流波形滯后于電壓波形，且電流變化較為平緩，不會像電阻性負(fù)載那樣隨電壓急劇變化。-續(xù)流問題：帶電阻性負(fù)載時不存在續(xù)流問題；帶電感性負(fù)載時，為了使晶閘管能在電源電壓過零后及時關(guān)斷，通常需要在負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，以提供電感中能量釋放的通路。3.簡述PWM控制的基本原理。PWM（脈寬調(diào)制）控制的基本原理是通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要的波形（包括形狀和幅值）。以正弦波PWM為例，把正弦波作為調(diào)制信號，等腰三角波作為載波信號，當(dāng)調(diào)制信號與載波信號相交時，根據(jù)交點情況產(chǎn)生一系列等幅不等寬的脈沖序列，這些脈沖序列的脈沖寬度按正弦規(guī)律變化。在一個周期內(nèi)，通過控制這些脈沖的寬度和數(shù)量，可以使輸出電壓的平均值接近正弦波。其本質(zhì)是利用沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同的原理，通過對脈沖寬度的調(diào)制來實現(xiàn)對輸出電壓、電流等參數(shù)的控制。四、計算題1.單相橋式全控整流電路，輸入交流電壓有效值U2=220V，負(fù)載為電阻性負(fù)載R=10Ω，當(dāng)觸發(fā)延遲角α=60°時，求：（1）輸出電壓的平均值Ud；（2）輸出電流的平均值Id；（3）晶閘管承受的最大正反向電壓URM。解：（1）單相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載時，輸出電壓平均值公式為\(U_phdrrdb=0.9U_{2}\frac{1+\cos\alpha}{2}\)。將\(U_{2}=220V\)，\(\alpha=60^{\circ}\)代入可得：\(U_xzntftx=0.9\times220\times\frac{1+\cos60^{\circ}}{2}=0.9\times220\times\frac{1+0.5}{2}=148.5V\)。（2）根據(jù)歐姆定律\(I_lxxxltp=\frac{U_rzdhzrt}{R}\)，已知\(R=10\Omega\)，\(U_fzlvzvh=148.5V\)，則\(I_rztzvxb=\frac{148.5}{10}=14.85A\)。（3）在單相橋式全控整流電路中，晶閘管承受的最大正反向電壓\(U_{RM}=\sqrt{2}U_{2}\)，將\(U_{2}=220V\)代入可得\(U_{RM}=\sqrt{2}\times220\approx311V\)。2.三相半波可控整流電路，帶電阻性負(fù)載，已知電源相電壓有效值U2=220V，當(dāng)觸發(fā)延遲角α=30°時，求：（1）輸出電壓的平均值Ud；（2）假設(shè)負(fù)載電阻R=5Ω，求輸出電流的平均值Id。解：（1）三相半波可控整流電路帶電阻性負(fù)載，當(dāng)\(\alpha\leq30^{\circ}\)時，輸出電壓平均值公式為\(U_rhhtftp=1.17U_{2}\cos\alpha\)。將\(U_{2}=220V\)，\(\alpha=30^{\circ}\)代入可得：\(U_dlldlpf=1.17\times220\times\cos30^{\circ}=1.17\times220\times\frac{\sqrt{3}}{2}\approx222.5V\)。（2）根據(jù)歐姆定律\(I_thdhvvj=\frac{U_bbnzjxx}{R}\)，已知\(R=5\Omega\)，\(U_drljbbn=222.5V\)，則\(I_jhjplpl=\frac{222.5}{5}=44.5A\)。五、分析題1.分析逆變失敗的原因及防止措施。逆變失敗的原因主要有以下幾點：-觸發(fā)脈沖丟失或延遲：如果晶閘管的觸發(fā)脈沖丟失，會導(dǎo)致該導(dǎo)通的晶閘管不能導(dǎo)通，使逆變過程無法正常進(jìn)行；觸發(fā)脈沖延遲可能會使晶閘管在不該導(dǎo)通的時候?qū)?，破壞了逆變的正常換相順序。-晶閘管故障：晶閘管本身出現(xiàn)損壞，如擊穿、短路等，會使電路無法按照正常的邏輯工作，導(dǎo)致逆變失敗。-換相裕量角不足：在逆變過程中，晶閘管需要一定的換相裕量角來保證可靠換相。如果換相裕量角過小，在交流電源電壓過零前晶閘管不能及時關(guān)斷，就會發(fā)生逆變失敗。-電源異常：交流電源發(fā)生缺相、電壓波動過大等異常情況，會影響晶閘管的正常導(dǎo)通和關(guān)斷，導(dǎo)致逆變失敗。防止逆變失敗的措施有：-合理設(shè)計觸發(fā)電路：確保觸發(fā)脈沖的可靠性和準(zhǔn)確性，避免觸發(fā)脈沖丟失或延遲，可采用雙脈沖觸發(fā)等方式提高觸發(fā)的可靠性。-選用質(zhì)量可靠的晶閘管：在設(shè)計和使用電路時，選擇性能良好、質(zhì)量可靠的晶閘管，并進(jìn)行嚴(yán)格的測試和篩選，以減少晶閘管故障的發(fā)生。-保證足夠的換相裕量角：通過合理選擇電路參數(shù)和控制方式，確保換相裕量角大于安全裕量值，一般要求換相裕量角大于30°-35°。-加強(qiáng)電源監(jiān)測和保護(hù)：對交流電源進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)電源異常時，及時采取保護(hù)措施，如跳閘、報警等，防止逆變失敗。2.分析降壓斬波電路的工作原理。降壓斬波電路主要由電源\(U_djxlzdv\)、電力電子開關(guān)\(V\)、二極管\(D\)、電感\(zhòng)(L\)、電容\(C\)和負(fù)載\(R\)組成。其工作過程分為兩個階段：-導(dǎo)通階段：當(dāng)電力電子開關(guān)\(V\)導(dǎo)通時，電源\(U_pnrvhrj\)通過開關(guān)\(V\)向電感\(zhòng)(L\)和負(fù)載\(R\)供電，電感\(zhòng)(L\)儲存能量，電流\(i_{L}\)逐漸增大，電容\(C\)充電，負(fù)載兩端電壓\(U_{o}\)近似等于電源電壓\(U_nffbfrv\)。-關(guān)斷階段：當(dāng)開關(guān)\(V\)關(guān)斷時，由于電感中的電流不能突變，電感\(zhòng)(L\)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，使二極管\(D\)導(dǎo)通，電感\(zhòng)(L\)中儲存的能量通過二極管\(D\)向負(fù)載\(R\)和電容\(C\)釋放，電流\(i_{L}\)逐